【科技日報(bào)】姜毅：為長征五號編織“火焰尾翼”
發(fā)布日期：2016-11-28 供稿：科技日報(bào) 編輯：楊晶 審核：王征 閱讀次數(shù)：
原文標(biāo)題：姜毅：為長征五號編織“火焰尾翼”
人物檔案
姜毅,，生于1965年,，現(xiàn)為北京理工大學(xué)教授、博士生導(dǎo)師,，宇航學(xué)院兵器發(fā)射理論與技術(shù)學(xué)科負(fù)責(zé)人，一直從事火箭導(dǎo)彈發(fā)射氣體動(dòng)力學(xué),、火箭導(dǎo)彈發(fā)射系統(tǒng)設(shè)計(jì)和發(fā)射系統(tǒng)仿真等的研究工作,。
11月3日晚，當(dāng)長征五號點(diǎn)火升空時(shí),，姜毅正守在家中的電視機(jī)前,，緊盯著畫面中那一簇簇耀眼奪目的火焰——長征五號點(diǎn)火的瞬間，數(shù)百噸水噴向火箭的尾翼,，頃刻間，水化作的一團(tuán)團(tuán)巨型的水汽,，成為了當(dāng)晚夜空中絢麗的“火焰尾翼”,。
歷時(shí)三年，北京理工大學(xué)宇航學(xué)院姜毅教授及其團(tuán)隊(duì)承擔(dān)的海南航天發(fā)射場導(dǎo)流槽理論研究及縮比試驗(yàn)工作,，在這一刻交上了完美答卷,。
設(shè)計(jì)創(chuàng)意十足 卻遭受質(zhì)疑
姜毅團(tuán)隊(duì)大膽提出用“向火焰噴水”的方法縮短火焰長度，可一浪浪的質(zhì)疑聲,，讓“噴水”方案看起來困難重重……
長征五號,，在一眾火箭“兄弟”中，它是我國目前運(yùn)載能力最大的新一代運(yùn)載火箭,，也是我國迄今為止研制的最大推力運(yùn)載火箭,。
為了托舉起這個(gè)龐然大物，點(diǎn)火時(shí)火焰同時(shí)從若干噴管中噴出,，火焰的溫度之高不僅能極快地熔化鑄鐵和銅,，高溫高速的燃?xì)膺€會(huì)產(chǎn)生強(qiáng)大的沖擊力。如果不能將其順暢地排出,，火箭反濺的燃?xì)饬鲿?huì)對運(yùn)載火箭的安全產(chǎn)生嚴(yán)重影響,，甚至可能釀成發(fā)射事故。
而位于火箭發(fā)射臺下端的導(dǎo)流槽,，它的主要作用在于排導(dǎo)發(fā)射時(shí)產(chǎn)生的大量的高溫高速燃?xì)饬?，防止燃?xì)饣鼗鸹驔_向地面設(shè)施，保證火箭與地面設(shè)施的安全,。
姜毅告訴科技日報(bào)記者,，由于推力的增大，長征五號所需的能量相應(yīng)增多,，發(fā)射時(shí)所噴射的火焰長度也大幅增長,，這一切都給火箭發(fā)射帶來空前難題。
“火焰長度的增加,，就意味著導(dǎo)流槽必須挖得更深才行,；而深挖導(dǎo)流槽就會(huì)導(dǎo)致施工成本大幅增加。” 總體設(shè)計(jì)單位當(dāng)時(shí)就決定,，發(fā)射場的導(dǎo)流槽必須采用新的設(shè)計(jì)思路,。
如果不挖深坑，是否可以向燃?xì)饬鲊娝?？設(shè)計(jì)方案時(shí),，姜毅團(tuán)隊(duì)?wèi){借多年的研究經(jīng)驗(yàn)和技術(shù)優(yōu)勢，配合發(fā)射場總體設(shè)計(jì)單位,，大膽提出用“向火焰噴水”的方法縮短火焰長度,。
水是否能讓火焰長度減短嗎？不少方案評審專家擔(dān)心,，火箭發(fā)射時(shí),，火箭發(fā)動(dòng)機(jī)噴管出口燃?xì)馑俣润@人（3個(gè)多馬赫數(shù)，超過了2000m/s）,，水能噴得進(jìn)去嗎,？會(huì)不會(huì)一碰到燃?xì)膺吔缇头磸椓四兀?/p>
一浪浪的質(zhì)疑聲，讓“噴水”方案看起來困難重重,。
10個(gè)月證明“向火噴水”可行
面對質(zhì)疑,，姜毅選擇用數(shù)據(jù)說話。他們利用數(shù)值建模技術(shù)實(shí)現(xiàn)了“向燃?xì)饬鲊娝钡睦碚摲治觥?/p>
面對質(zhì)疑,，姜毅選擇用數(shù)據(jù)說話,。僅用10個(gè)月時(shí)間，姜毅團(tuán)隊(duì)就利用數(shù)值建模技術(shù)實(shí)現(xiàn)了“向燃?xì)饬鲊娝钡睦碚摲治?，并配合發(fā)射場總體單位完成了上百種方案設(shè)計(jì)的理論研究,。
那段時(shí)間，熬夜,、加班對于姜毅來說都再尋常不過,。
當(dāng)時(shí)，姜毅的團(tuán)隊(duì)兵分兩路,，一頭在北京爭分奪秒地進(jìn)行理論計(jì)算,；另一頭則在西安試驗(yàn)場連續(xù)奮戰(zhàn)3個(gè)多月，實(shí)驗(yàn)一個(gè)接一個(gè),，短時(shí)間內(nèi)完成了大量的試驗(yàn)任務(wù),。
拿出研究方案后，清晰的數(shù)據(jù)證明“噴水”的可行性,?！巴猓 边@一方案得到了在場所有專家及領(lǐng)導(dǎo)的贊許,?；貞浧甬?dāng)時(shí)的那一幕,，嚴(yán)謹(jǐn)而靦腆的姜毅，激動(dòng)得揮起手來,，擺出了一個(gè)“OK”的手勢,，臉上笑開了花。
光理論上可行還不夠,，需要實(shí)踐進(jìn)一步證明,。姜毅教授帶領(lǐng)7名博士生和總體單位一起攻關(guān)，通過縮比噴水試驗(yàn),，證明了通過向火箭燃?xì)饬鲊娝纱蠓档腿細(xì)馍淞骱诵膮^(qū)長度,，為降低導(dǎo)流槽設(shè)計(jì)深度提供了重要的科學(xué)依據(jù)，大幅節(jié)約施工成本,?！皣娝螅鹧娴拈L度明顯縮短,。火焰的長度短了,，導(dǎo)流槽也就不必挖得那么深了,。”姜毅指著電腦上的實(shí)驗(yàn)動(dòng)畫對記者說,。
憑借這一首創(chuàng)的“向燃?xì)饬鲊娝狈桨?，姜毅團(tuán)隊(duì)征服了總體設(shè)計(jì)單位。最終,，北京理工大學(xué)成為新型航天發(fā)射場導(dǎo)流槽設(shè)計(jì)的唯一合作單位,，參與了我國新一代運(yùn)載火箭導(dǎo)流槽理論研究和試驗(yàn)驗(yàn)證項(xiàng)目關(guān)鍵技術(shù)攻關(guān)。
靈感乍現(xiàn) 雙弧形導(dǎo)流設(shè)計(jì)
“向火噴水”不是創(chuàng)意的全部,，長征五號導(dǎo)流槽的雙弧形設(shè)計(jì)也蘊(yùn)含著姜毅的智慧,。而這不是雙弧形的第一次亮相……
“向火噴水”不是創(chuàng)意的全部，長征五號導(dǎo)流槽的雙弧形設(shè)計(jì)也蘊(yùn)含著姜毅的智慧,。
要兼容發(fā)射各種大推力火箭,，這就對海南發(fā)射場的導(dǎo)流系統(tǒng)提出了更高的要求。為適應(yīng)長征五號嚴(yán)苛的發(fā)射條件,，姜毅團(tuán)隊(duì)提出了導(dǎo)流槽出口雙弧面設(shè)計(jì)技術(shù),。
長征五號升空的那一刻，巨大的燃?xì)鈭F(tuán)伏地而起,，這便是雙弧面的“功勞”,。“讓高溫高速的燃?xì)饬髻N著地面‘跑’,，遠(yuǎn)離發(fā)射裝置,，降低了它對火箭的影響,。”姜毅說,。
而這不是雙弧形的第一次亮相,。早在國慶60周年閱兵式上，一輛防空導(dǎo)彈發(fā)射車首次應(yīng)用了雙弧形設(shè)計(jì),。談及如何會(huì)有這樣的奇思妙想,，姜毅坦言那是“被逼出來的靈感”。
2003年,，兩家正在研制導(dǎo)彈發(fā)射車的軍工企業(yè),，同時(shí)遇到了難題——導(dǎo)彈發(fā)射時(shí)產(chǎn)生的巨大沖擊力，反作用到發(fā)射車上,，很可能“導(dǎo)彈飛了,，車也跟著飛了”。
臨近設(shè)計(jì)交付期,，萬般無奈,，他們不約而同找到了姜毅。時(shí)間緊迫,，常規(guī)方法無法奏效,，只能另辟蹊徑。接受任務(wù)時(shí),，他正坐在從武漢返回北京的火車上,，旅途中一路苦思冥想，就在臨下車前,，腦子突然蹦出了靈感——雙弧面,。
以往的車載導(dǎo)流器都是平面，反作用力大,；而弧面對燃?xì)饬鲾_動(dòng)小,，反作用力小，對車的沖擊力也就小,，“車就不會(huì)飛走了”,。
正是這“由平變弧”的創(chuàng)意設(shè)計(jì)，讓導(dǎo)彈發(fā)射車減少了40%水平?jīng)_擊力,。
邊境線上長大的武器迷
年少時(shí),，邊境線上的戰(zhàn)火紛飛，在姜毅心中打下了深深的烙印,。這段經(jīng)歷也徹底改變了姜毅的人生軌跡……
1965年11月,，姜毅出生在臨近中越交界的云南省開遠(yuǎn)市。年少時(shí),，邊境線上的戰(zhàn)火紛飛,，在姜毅心中打下了深深的烙印,。“飛機(jī)就從頭頂飛過,，大炮和坦克就停在眼前,。”姜毅回憶道,。
“那是我第一次感受到了國防力量的重要,。”這段經(jīng)歷也徹底改變了姜毅的人生軌跡,。從那以后,，姜毅便對飛機(jī)、導(dǎo)彈,、火箭等產(chǎn)生了濃厚的興趣,，上中學(xué)時(shí)便成了一個(gè)地道的軍事迷。
高考時(shí),，姜毅的成績在省內(nèi)名列前茅,，分?jǐn)?shù)上的優(yōu)勢足以讓他“橫掃”一眾名校。但執(zhí)著于心中的導(dǎo)彈情結(jié),，姜毅義無反顧地選擇了具有優(yōu)良傳統(tǒng),、以國防科技見長的北京工業(yè)學(xué)院（北京理工大學(xué)前身），把火箭導(dǎo)彈發(fā)射技術(shù)專業(yè)作為第一志愿,。
于是，年僅16歲的姜毅從云南考到北京,，進(jìn)入了心儀的專業(yè),。然而，大一時(shí)的他還是個(gè)“愛想家”的少年,，思念著萬水千山外的家鄉(xiāng),。直到大二，在學(xué)習(xí)了幾門專業(yè)基礎(chǔ)概論課后,，“才漸漸有了感覺,，入了門兒?！?/p>
本科畢業(yè)后,，姜毅選擇在本校讀研，就在讀研期間,，他第一次從書本走向了實(shí)打?qū)嵉陌l(fā)射——1987年,，在西昌發(fā)射場，參與大推力運(yùn)載火箭發(fā)射工位燃?xì)饬骼碚摲治龉ぷ鳌?/p>
“當(dāng)時(shí)西昌發(fā)射場已經(jīng)建設(shè)完畢,，我們主要參與的是工程系數(shù)的復(fù)核環(huán)節(jié),?！苯阏f，關(guān)于發(fā)射的一切以前只是書本上的數(shù)字,，而直到自己站在巨型的發(fā)射臺旁,，才真切地感受到一個(gè)個(gè)系數(shù)背后所承載的力量。
如今,，姜毅則把更多的精力放在了培養(yǎng)學(xué)生上,。他帶了兩門本科生的專業(yè)課：大四的《燃?xì)馍淞鲃?dòng)力學(xué)》、大三的《火箭導(dǎo)彈發(fā)射系統(tǒng)概論》,。27年的一線教學(xué),，他共帶出了15名博士，50多名碩士,，其中絕大多數(shù)工作在航天,、國防等部門。
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